[發(fā)明專利]一種利用微生物燃料電池處理有機(jī)廢氣的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710948876.2
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107875841A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉憲華;楊莉;李勝玲
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01D53/84
• 分類號: B01D53/84;B01D53/72
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 琪琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢氣物化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微生物燃料電池與生物質(zhì)炭吸附相結(jié)合處理有機(jī)廢氣的方法。

背景技術(shù)

有機(jī)廢氣即揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是石油化工、制藥工業(yè)、印刷工業(yè)、涂料裝飾業(yè)、表面防腐、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)排放廢氣中的主要污染物。通常是指在室溫下飽和蒸汽壓大于133.132kPa、常壓沸點(diǎn)50-260℃以內(nèi)的有機(jī)化合物，包括烴類、鹵代烴、芳香烴等。會破壞臭氧層、產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，同時也是導(dǎo)致近年來倍受關(guān)注的過敏癥和建筑物綜合癥的原因之一。VOCs的產(chǎn)生主要有兩方面：產(chǎn)業(yè)方面，各種產(chǎn)品產(chǎn)量的增加導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境惡化，產(chǎn)業(yè)界的VOCs多產(chǎn)生于石油、化工、粘合劑、涂料、干洗、印刷、表面清洗、電子元器件、汽車等行業(yè)；民生方面，由于房地產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展及國民消費(fèi)形態(tài)的變化，出現(xiàn)了室內(nèi)空間環(huán)境惡化等問題。

目前，有機(jī)廢氣治理控制技術(shù)根據(jù)處理形式可分為回收技術(shù)和銷毀技術(shù)兩大類。回收法主要包括吸附法、吸收法、冷凝法及膜分離法等。其中吸附法是在工業(yè)有機(jī)廢氣處理中較為成熟而普遍的方法，利用多孔性固體吸附劑處理流體混合物，將VOCs從廢氣中分離、回收，是相變或是相間的轉(zhuǎn)移過程，不改變VOCs物質(zhì)本身的化學(xué)性質(zhì)。吸附法的缺陷是由于吸附容量有限，當(dāng)氣體濃度高流量大時，吸附易達(dá)到飽和，去除率降低，廢氣中有其它膠粒物質(zhì)和雜質(zhì)時，吸附劑易失效，同時吸附劑需要再生。銷毀技術(shù)包括催化燃燒法、生物降解法、紫外光催化氧化法、電化學(xué)催化氧化法等，主要原理是通過化學(xué)、生物化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)，依靠熱能、光能、催化劑或是生物酶的作用，將VOCs完全氧化分解為無毒無害的CO₂和水等物質(zhì)的過程，完全氧化能夠使得VOCs高效去除，不產(chǎn)生二次污染，但成本較高。上述常規(guī)方法具有程序復(fù)雜，能耗高，效率低等缺陷。其中生物處理技術(shù)是近年來新興的處理方法，它具有安全性好、無二次污染、易于管理、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)；但是傳統(tǒng)的微生物處理的氧化分解速率較慢，需要很大的接觸面積，對過濾介質(zhì)的pH等要求高，同時微生物氧化分解產(chǎn)生的能量也得不到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種利用微生物燃料電池處理有機(jī)廢氣的方法，在將固體廢棄物進(jìn)行二次利用同時，將化學(xué)能直接和間接的轉(zhuǎn)化為電能，不但有利于解決高濃度有機(jī)廢氣以及固體廢棄物造成的污染問題，同時產(chǎn)生的電能可以作為能源二次利用。

本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種利用微生物燃料電池處理有機(jī)廢氣的方法，該方法按照以下步驟進(jìn)行：

(1)準(zhǔn)備雙室微生物燃料電池，所述雙室微生物燃料電池包括反應(yīng)器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有以交換膜隔開的陽極室與陰極室，所述陽極室內(nèi)的陽極與所述陰極室內(nèi)的陰極分別通過導(dǎo)線連接在外接電阻的兩端；所述陽極室上部設(shè)置有陽極室進(jìn)水口、下部設(shè)置有陽極室出水口，所述陰極室上部設(shè)置有陰極室進(jìn)水口、下部設(shè)置有陰極室出水口；所述陽極室還設(shè)置有進(jìn)氣管道和出氣管道；

(2)在所述雙室微生物燃料電池的所述陽極室內(nèi)填充占該陽極室容積1/2-3/4的生物質(zhì)炭顆粒；

(3)將所述陽極室充滿體積比為1：1的污水和磷酸鹽緩沖液的混合液，其中所述污水用于接種微生物，所述磷酸鹽緩沖液含2-5g/L碳源且pH為6.5-7.5；培養(yǎng)7-10天后，所述陽極以及所述生物質(zhì)炭顆粒的表面附著有生物膜，打開所述陽極室出水口，將陽極室內(nèi)的液體排出；

(4)將所述陽極室和所述陰極室分別充滿pH為6.5-7.5的磷酸鹽緩沖液，通過所述進(jìn)氣管道向所述陽極室通氮?dú)?-3h，直至將所述陽極室內(nèi)的空氣排盡，停止通氮?dú)猓?/p>

(5)通過所述進(jìn)氣管道以20-100mL/min的流量通入有機(jī)廢氣，室溫條件下連續(xù)通氣36-72h后，檢測所述進(jìn)氣管道的進(jìn)氣口和所述出氣管道的出氣口處氣體成分和濃度。

其中，步驟(1)所述雙室微生物燃料電池中的所述陽極采用碳?xì)帧⑻疾肌⒕W(wǎng)狀玻璃碳或碳纖維刷中的一種。

其中，步驟(1)所述雙室微生物燃料電池中的所述陽極采用碳?xì)帧⑻疾肌⒕W(wǎng)狀玻璃碳或碳纖維刷中的一種。

其中，步驟(1)所述雙室微生物燃料電池中的所述交換膜為陽離子交換膜、陰離子交換膜、微濾膜或納濾膜。

其中，步驟(1)所述雙室微生物燃料電池的所述外接電阻阻值為1000-3000Ω。

其中，步驟(2)中的所述生物質(zhì)炭顆粒由玉米秸稈、小麥秸稈、椰子殼、樹皮、果皮或藻類中的至少一種制備而成。